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5月30日，由智譜AI支持，北京市科委、中關(guān)村管委會(huì)科普專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助的系列欄目“科普大佬說(shuō)”第二期于AI TIME 開(kāi)講，本次講座邀請(qǐng)了來(lái)自北京大學(xué)工學(xué)院教授謝廣明老師。

? 研究背景之一??

人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入了信息技術(shù)時(shí)代 信息技術(shù)對(duì)人類(lèi)社會(huì)的政治、 軍事、 經(jīng)濟(jì)、 文化乃至對(duì)普通人的工作、 生活方式的影響越來(lái)越大。

對(duì)信息技術(shù)發(fā)展可以進(jìn)一步細(xì)分，最先廣泛應(yīng)用模擬信號(hào)技術(shù)，標(biāo)志性產(chǎn)品是電視機(jī)和錄像機(jī)等，然后是第一波數(shù)字信號(hào)技術(shù)浪潮，標(biāo)志性產(chǎn)品是個(gè)人電腦，之后緊接著是第二波數(shù)字信號(hào)浪潮，標(biāo)志性產(chǎn)品是互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)數(shù)字消費(fèi)。

進(jìn)入21世紀(jì)以后，新的技術(shù)浪潮就是機(jī)器人。所謂未來(lái)以來(lái)，人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入了機(jī)器人時(shí)代。比爾蓋茨也曾預(yù)言，機(jī)器人帶給人類(lèi)社會(huì)的改變絲毫不遜于電腦過(guò)去30年來(lái)的影響。“機(jī)器換人”已經(jīng)成為一場(chǎng)靜悄悄的社會(huì)變革。

? 研究背景之二??

黨的十八大以來(lái)，“建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”成為國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，是實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要組成部分。海洋機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國(guó)夢(mèng)想的關(guān)鍵核心裝備。

水下作業(yè)環(huán)境機(jī)器惡劣復(fù)雜，發(fā)展水下機(jī)器人協(xié)同技術(shù)可以作為有效應(yīng)對(duì)方案，具有重要科學(xué)意義和廣泛應(yīng)用前景。

仿生水下機(jī)器人

美國(guó)MIT在1994年就研制出世界上首條仿金槍魚(yú)潛水器。

如今各種水下生物都成為仿生對(duì)象，各種仿生水下機(jī)器人原理樣機(jī)層出不窮。

仿生機(jī)器魚(yú)

●?仿生機(jī)器魚(yú)，參照魚(yú)類(lèi)游動(dòng)的推進(jìn)機(jī)理，利用機(jī)械、電子元器件或智能材料來(lái)實(shí)現(xiàn)水下推動(dòng)的運(yùn)動(dòng)裝置。

●?高效率、高機(jī)動(dòng)性、高隱身性、低噪聲、高適應(yīng)性

? 面臨的挑戰(zhàn)??

●?多學(xué)科交叉問(wèn)題：魚(yú)類(lèi)游動(dòng)方式包含著生物學(xué)和流體力學(xué)機(jī)理，仿生學(xué)，新材料，控制，微小型技術(shù)，群體行為學(xué)等...

●?理論方法問(wèn)題：如非定常流體力學(xué)，材料科學(xué)，動(dòng)態(tài)網(wǎng)格技術(shù)，水洞實(shí)驗(yàn)...

●?仿魚(yú)機(jī)器人技術(shù)——機(jī)構(gòu)建模與仿真，高效驅(qū)動(dòng)裝置，智能控制與決策，群體行為控制

? 一種典型的仿魚(yú)水下推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制??

我們發(fā)現(xiàn)魚(yú)尾的擺動(dòng)可以給水一個(gè)向后的推力，同時(shí)水也可以給魚(yú)一個(gè)向前的反作用力，這就是魚(yú)類(lèi)在水中前進(jìn)的基本原理。人們也仿照這個(gè)原理在機(jī)械中進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

這是北京大學(xué)的部分仿生水下機(jī)器人樣機(jī)，曾先后成功在南北極由科考人員下水試驗(yàn)。

? 仿生運(yùn)動(dòng)研究??

以箱鲀魚(yú)為仿生對(duì)象

●?外形具有自穩(wěn)定性

●?內(nèi)部可利用空間大

●?高機(jī)動(dòng)性

我們仿生實(shí)現(xiàn)了機(jī)器箱鲀的很多仿生運(yùn)動(dòng)行為，如倒游、翻滾運(yùn)動(dòng)、后空翻和垂直旋轉(zhuǎn)等。

? 仿生感知研究??

側(cè)線是魚(yú)體特有的感受水流信息的器官，一般分布在身體兩側(cè)和面部。

側(cè)線在魚(yú)類(lèi)行為發(fā)揮重要作用：

●?趨流行為

●?避障行為

●?獵物定位

●?魚(yú)群形成

●?從渦街中捕獲能量

感知機(jī)器魚(yú)自身狀態(tài)：

機(jī)器魚(yú)自由游動(dòng)下，仿生側(cè)線可對(duì)機(jī)器魚(yú)速度進(jìn)行估計(jì)。

魚(yú)在水中游動(dòng)的同時(shí)，側(cè)線就會(huì)記錄下變化的數(shù)據(jù)。通過(guò)數(shù)據(jù)的收集，我們可以求出魚(yú)在水中的游速。之后，我們甚至可以估計(jì)出魚(yú)類(lèi)在水中游動(dòng)的軌跡。

感知鄰居機(jī)器魚(yú)狀態(tài)

側(cè)線研究激勵(lì)源往往是恒定水流、偶極子振蕩源或卡門(mén)渦街。而在魚(yú)群或多機(jī)器魚(yú)編隊(duì)行為中，個(gè)體周?chē)鷾u街多是反卡門(mén)渦街。我們研究振蕩源為反卡門(mén)渦街時(shí)，側(cè)線對(duì)鄰居狀態(tài)感知。

渦街顯示實(shí)驗(yàn)確定尾鰭擺動(dòng)是否產(chǎn)生穩(wěn)定反卡門(mén)渦街，渦街寬度及有效距離等參數(shù)。

? 仿生通信研究??

生物電場(chǎng)通信：自然界有種魚(yú)類(lèi)可以通過(guò)發(fā)射和接收微弱電場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行信息交互。

受此啟發(fā)，設(shè)計(jì)了仿生電場(chǎng)通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了一種新的水下通信方式。

個(gè)體層面的仿生

●?運(yùn)動(dòng)能力

●?感知能力

●?通信能力

然而，現(xiàn)實(shí)告訴我們僅靠個(gè)體仿生是很難幫助我們解決絕大多數(shù)問(wèn)題的，我們不得不轉(zhuǎn)向?qū)θ后w仿生的研究——如機(jī)器魚(yú)的集群協(xié)作編隊(duì)，依據(jù)的原理就是魚(yú)類(lèi)集群協(xié)作來(lái)對(duì)抗天敵。

群體層面的仿生

將魚(yú)類(lèi)集群協(xié)作的原理應(yīng)用到機(jī)器魚(yú)之上，也是人工智能的一個(gè)重要方向——群體智能。

這些研究，無(wú)論是個(gè)體仿生還是群體仿生，我們的創(chuàng)新方式都是師法自然，向自然學(xué)習(xí)，將大自然的法則融入到工程裝備之中，提升了人造系統(tǒng)的性能。

? 小結(jié)??

●?人類(lèi)已經(jīng)進(jìn)入機(jī)器人時(shí)代

●?仿生水下機(jī)器人技術(shù)蓬勃發(fā)展

●?水下機(jī)器人應(yīng)用前景廣闊

整理：林? ?則

作者：謝廣明

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的「科普大佬说」 智能仿生机器鱼的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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